En undersökning av Storsjön och Lillsjön, särskilt när det gäller näringsämnen

(1)

EXAMENSARBETE INOM KEMITEKNIK, GRUNDNIVÅ STOCKHOLM, 2018

KTH ROYAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY KTH KEMI, BIOTEKNOLOGI OCH HÄLSA

En undersökning av Storsjön och Lillsjön, särskilt när det gäller näringsämnen

Aya Haider

(2)

1

EXAMENSARBETE

Högskoleingenjörsexamen Kemiteknik

Titel: En undersökning av Storsjön och Lillsjön, särskilt när det gäller näringsämnen.

Engelsk titel: An investigation of the lakes Storsjön and Lillsjön, especially in terms of nutrients.

Sökord: Fosfor, kemiska parametrar, transport och ICP- analys.

Arbetsplats: KTH, Vallentuna kommun

Handledare på

arbetsplatsen: Frida Hellblom, miljöplanerare Vallentuna kommun Handledare på KTH: Olle Wahlberg

Student: Aya Haider

Datum: 2018-10-08

Examinator: Lars Kloo

(3)

2

Sammanfattning

I det här examensarbetet har Storsjön och Lillsjön undersökts. De ligger 35 km norr om Stockholm nära Lindaholmens stationssamhälle. Målet är att undersöka sjöarnas miljötillstånd. Sjöarnas omgivning är ett jordbruksområde. De ligger i ett avgränsat våtmarksområde med lågt pH (= 6,7). Alkalinitet (HCO3-) passerar genom sjöarna från jordbruken i söder och öster. En stor mängd fosfor passerar genom sjöarna och en del av denna lagras i sjöarnas sediment. Sedimenteringsdammar bör konstrueras för att avlägsna näring och en strandzon bör anläggas för upptag av näring.

(4)

3

Abstract

In this thesis the lakes Storsjön and Lillsjön have been examined. They are two lakes situated 35 km north of Stockholm. The goal is to investigate the environmental condition of these lakes. The surrounding area is farming land. Close to the lakes, a wetland with low pH (= 6,7) is found. Alkalinity (HCO3-) passes throw the lakes from the farming land south and east of the lakes. A large amount of phosphorus passes throw the lakes, part of which is stored in the sediments. Dams for sedimentation should be constructed for recovery of nutrients and a zone of vegetation should be constructed for the uptake of nutrients.

(5)

4

Förord

Det här examensarbetet har planerats av Olle Wahlberg. Det är ett samarbete mellan Aya Haider och Ghadir Hamid. Studenterna utför två självständiga examensarbeten med olika fokus.

Aya Haider och Ghadir Hamid har båda undersökt Lillsjöns och Storsjöns miljötillstånd.

Aya undersökte näringsämnena i de båda sjöarna och Ghadir undersökte metallerna i Storsjön och Lillsjön.

Fältmätningar och laboratoriearbete har Aya och Ghadir gjort tillsammans under handledning av Olle Wahlberg. De undersökte sjöarna och bestämde pH, ledningsförmåga, vattnets färg, klorinitet, alkalinitet, CODMn samt Ptot och koncentrationerna av metallerna koppar, bly och krom med ICP-OES.

Mätningar av djupprofiler gjordes tillsammans från en båt, dvs temperaturen och ledningsförmågan mättes vid varje 0,5 m från ytan till botten. Därefter har beräkningar och rapportskrivning utförts av studenterna var för sig. Mål och slutsatser är specifika för vart och ett av de två examensarbetena. Beräkningarna har beskrivits i detalj i bilagor.

(6)

5

Innehåll

1 Inledning ... 7

1.1 Bakgrund ... 7

1.2 Syfte och mål ... 7

1.3 Avgränsningar ... 7

2. Bakgrund ... 8

3. Experiment ... 9

3.1 Provtagningsplatser ... 9

3.1.1 Koordinater för provtagningsplatserna vid Lillsjön och Storsjön ... 10

3.2 Fältundersökningar av de båda sjöarna ... 11

3.3 Laboratoriearbete... 11

3.4 Alkalinitet ... 11

3.5 Klorinitet ... 12

3.6 Fosfor... 13

3.7 Sedimenten i Storsjön och Lillsjön ... 14

3.8 Uppskattning av fel ... 14

3.9 Djupprofiler ... 15

3.9.1 Djupprofiler för Storsjön ... 15

3.9.2 Djupprofiler i Lillsjön ... 15

4. Resultat ... 17

4.1 Resultaten från fältstudierna ... 17

4.2 Resultat från mätningarna på ett laboratorium på kemiska institutionen, KTH. ... 18

4.3 Resultat från okulär besiktning av proverna... 19

4.4 Transport och lagring av fosfor och alkalinitet. ... 20

4.4.1 Transport av fosfor och alkalinitet ... 20

4.5 Lagring av fosfor i Storsjön och Lillsjön ... 21

4.5.1 Lagrad fosfor i Storsjön ... 21

4.5.2 Lagrad fosfor i Lillsjön ... 21

4.6 Flöden av fosfor till och från Storsjön och Lillsjön ... 22

4.7 Omsättning av alkalinitet i Storsjön och Lillsjön ... 23

4.7.1 Transport av alkalinitet till och från Storsjön... 23

4.7.2 Transport av alkalinitet till och från Lillsjön. ... 23

4.8 Omsättning av fosfor i Storsjön och Lillsjön ... 24

4.8.1 Transport av fosfor till och från Storsjön ... 24

4.8.2 Transport av fosforn till och från Lillsjön. ... 24

5. Diskussion ... 25

6. Slutsatser ... 26

7. Referenser ... 27

(7)

6

8. Bilagor ... 28

Bilaga 1: Bilder från provtagningsplatserna ... 28

Bilaga 2: Alkalinitetsberäkningar ... 31

Bilaga 3: COD- analysen ... 33

Bilaga 4: Klorinitetsberäkningar ... 34

Bilaga 5: Transport av fosfor och transport av alkalinitet. ... 35

(8)

7

1 Inledning

1.1 Bakgrund

Storsjön och Lillsjön är två sjöar i Vallentuna kommun. De ligger i Lindholmen vid Roslagsbanan, ca 35 km norr om Stockholm. Sjöarna ligger nära Lindholmens stationssamhälle och påverkas av bebyggelse och vägar. De påverkas också av närliggande jordbruk. Sjöarna är små och utgör ett viktigt rekreationsområde för befolkningen. Där finns intressanta fåglar. Tranor, sångsvanar och tofsvipor observerades vid provtagningen.

Storsjön och Lillsjön omges av stora vassområden och fuktlövskogar. Storsjöns yta är 48 ha. Dess strandzon har högt naturvärde. Runt omkring Storsjön växer gamla träd och området är unikt. Mellan sjöarna finns en stor våtmark.

Lillsjön är en eutrof sjö och 4,5 hektar stor. Runt omkring sjön finns breda vassbälten och den är en känd fågelsjö. Vid Lillsjön finns ett berg med badmöjligheter vid den östra stranden. Vattnet i avrinningsområdet rinner genom Storsjön och Lillsjön sedan vidare till Stolp-Ekebysjön. Därifrån rinner vattnet till Åkers kanal och sedan till Östersjön. Lillsjöns omgivning är promenadvänlig och mycket vacker [1].

1.2 Syfte och mål

Examensarbetets syfte är att undersöka sjöarnas miljötillstånd. Målet är att bestämma sjöarnas innehåll av näring. Arbetet avslutas med rekommendationer av åtgärder för att förbättra miljön.

1.3 Avgränsningar

Projektets provtagningar och analyser begränsades på grund av tidsramar och kostnader.

Projektet avgränsades till två provtagningstillfällen med mätningar av pH, ledningsförmåga, temperatur och flöden. På ett laboratorium mättes alkalinitet, kloridhalt, COD och total fosfor. Inflöden, utflöden och sjövatten undersöktes. Bottenvatten och sediment studerades också. Inga tidigare mätningar finns tillgängliga. Detta har stämts av med Vallentuna kommun. Bedömningarna kommer grundas helt på egna mätningar.

(9)

8

2. Bakgrund

Några större sjöar vilka, liksom Storsjön och Lillsjön, också ligger i norra Storstockholm är Vallentunasjön, Ullnasjön, och Rönningesjön. Dessa sjöar är lerslättsjöar. Det finns också andra typer av sjöar i norra Storstockholm. Norrviken är en djup sprickdalssjö och Snuggan är en skogssjö. Båda ligger i Sollentuna.

Rönningesjön och Vallentunasjön har liknande egenskaper. De gemensamma egenskaperna för sjöarna är att de är grunda och näringsrika lerslättsjöar [2].

Det största miljöproblemet med Vallentunasjön är ett stort överskott av näringsämnen.

Näringen kommer från bottensediment, bräddning av avloppsvatten, dagvatten, samt enskilda avlopp och jordbruk. Näringsämnena är framförallt fosfor och kväve [3].

Övergödning, vilket också kallas eutrofiering, medför produktion av alger och växter i överskott. Detta orsakas av att en stor mängd näringsämnen tillförs vattnet. Orsakerna är ofta mänskliga aktiviteter.

Övergödningen har lett till att rena badvänliga sjöar omvandlats till illaluktande gröna sjöar.

Där finns alger, som produceras i överskott. På grund av algerna kan ljuset inte tränga ner i sjön, och detta leder till att sjön kraftigt förändras.

Syret i botten av sjön förbrukas, när döda alger och vattenväxter bryts ned av bakterier i botten. Syret kan då förbrukas helt och detta kan leda till att en mängd organismer i botten dör vilket kallas för bottendöd [4].

(10)

9

3. Experiment

3.1 Provtagningsplatser

Provtagningarna fördelades på två dagar. Den 18 april 2018 var den första provtagningsdagen.Totalt togs nio prover på nio olika platser, som visas på kartan i figur 1 nedan. pH, konduktivitet och temperatur mättes på samtliga platser medan flödets storlek mättes där det var möjligt. Den andra provtagsdagen var den 10 maj. Bottenprov från både Storsjön och Lillsjön togs. Samtidigt mättes konduktivitet och temperatur vid olika djup på en plats i varje sjö. I tabell 1 kan man se koordinater på de olika platserna, som är markerad på kartan.

Figur 1:Kartan visar de nio provtagningsplatserna i punkterna (1) och (8) togs sedimentprover och där mättes även djupprofilerna.

(11)

10 3.1.1 Koordinater för provtagningsplatserna vid Lillsjön och Storsjön

Tabell 1: Koordinater för provtagningsplatserna för Lillsjön och Storsjön.

prov Plats Norr Öster

1 Storsjön 6 608 299 1 620 209

2 Bäck vid Veda hästgård 6 607 695 1 630 967

3 Bäck vid Kullbacka 6 608 610 1 629 802

4 Bäck vid Vasavägen i Lind holmen

6 609 158 1 630 330

5 Bäck mot Lillsjön i Lind holmen

6 609 237 1 630 468

6 Å från Storsjön till Lillsjön 6 609 369 1 630 819

7 Bäck till Storsjön på Lind holmens gård

6 609 570 1 630 806

8 Lillsjön 6 609 313 1 632 012

9 Utlopp från Lillsjön 6 609 846 1 630 657

(12)

11 3.2 Fältundersökningar av de båda sjöarna

Vid fältundersökningarna togs prover i tillflöden, i utflöden och i sjöarna. Koordinater för provtagningarna finns i tabell 1. Proven förvarades i PET-flaskor. Efter att proverna tagits, mättes vattentemperatur, konduktivitet, pH och flöde. Djupprofiler mättes från en båt dvs temperatur och ledningsförmåga mättes för varje 0,5 m från ytan till botten.

3.3 Laboratoriearbete

Undersökningarna genomfördes på ett laboratorium på Institution för kemi, KTH. De parametrar, som undersöktes på laboratoriet, var alkalinitet, klorinitet samt totalfosfor 3.4 Alkalinitet

Alkaliniteten är ett mått på buffertförmågan, som anger hur vatten kan reagera med vätejoner utan att pH-värdet ändras. Karbonat och vätekarbonat är viktigast för buffertförmågan [5].

Kemikalier och material, som användes för att bestämma alkalinitet är följande:

• HCl 10,77mM

• Vattenprover

• Indikator, blandindikator bestående av bromkresolgrönt och metylrött.

• Bägare

• Byrett

• E-kolv

Kemisk reaktion:

𝐻⁺ + 𝐻𝐶𝑂₃⁻ → 𝐻₂𝑂 + 𝐶𝑂₂

Utförande:

Till en E-kolv pipetterades 20,0 ml av ett vattenprov och därefter tillsattes 2 droppar blandindikator. Provet titrerades med 10,77mM HCl och då förändrades färgen från grön till svagt rosa när ekvivalentpunkt nåtts. Detta genomfördes på samma sätt för varje prov [6].

Alkaliniteten beräknades med hjälp av formeln:

𝑉1 × 𝐶1 = 𝑉2 × 𝐶2. (Ekvation.1) V1= Tillsatt volym HCl [ml]

C1=Koncentration av HCl [mM]

(13)

12 V2=Volym av provet [ml]

C2= Koncentrationen av vätekarbonat i provlösningen [mM]

För utförliga beräkningar se bilaga 2.

3.5 Klorinitet

Koncentrationen av kloridjoner [Cl^-] i vattnet kallas för klorinitet. Kloriden kommer till en stor del från vägsalt, som använts för halkbekämpning på vintern. Man kan bestämma kloridhalten med en titrering, där silvernitratlösning [AgNO3] använts. Kaliumkromat [K2CrO4] fungerar som indikator. [6]

Kemikalier och material som, användes vid Klorinitet experimentet, är följande:

• AgNO3 0,1000M

• Vattenprover

• Indikator K2CrO4

• Bägare

• Byrett

• E-kolv

Reaktioner

𝐴𝑔⁺+ 𝐶𝑙⁻ → 𝐴𝑔𝐶𝑙 (𝑠)

2𝐴𝑔⁺ + 𝐶𝑟𝑂₄²⁻→ 𝐴𝑔₂𝐶𝑟𝑂₄(𝑠)

Utförande:

Byretten fylldes med 0,1000M AgNO3. Sedan pipetterades 20,0 ml av vattenprovet till en E-kolv. 3 droppar av Mohrs indikator tillsattes vattenprovet. Därefter tillsattes 0,1000 M silvernitratlösning från en byrett till vattenprovet tills lösningen ändrade färg till rött. Den tillsatta volymen avlästes och kloridjonkoncentrationen beräknades. [6]

Kloriniteten beräknades med hjälp av formeln:

𝑉1 × 𝐶1 = 𝑉2 × 𝐶2. (Ekvation.2) V1= Volym av AgNO3 [ml]

C1=Koncentration av AgNO3 [mM]

V2=Volymen av provet [ml]

C2=Koncentrationen av kloridjonen i provlösningen [mM]

För utförliga beräkningar (se bilaga 4)

(14)

13 3.6 Fosfor

Fosfor spelar en viktig roll i organismers energiomsättning. Totalfosfor ger ett mått på befintlig och potentiell näring i vattnet. Den inkluderar fosfatfosfor samt organiskt och oorganiskt bunden fosfor. För att bestämma den totala koncentrationen av fosfor användes en metod, som kallas Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectrometry (ICP- OES). Det är en elementaranalysteknik, som använder emissionsspektrum för ett visst prov, för att kunna identifiera och kvantifiera de aktuella grundämnena.

Kemikalier och material som användes vid bestämning av fosfor är följande:

● 2M HCl

● Vattenprover

● Bägare

● Värmeplatta

● Tillsattes spruta

Utförande:

Till en 200 ml bägare sattes 13 ml 2M HCl och 13,00 ml vattenprov. Därefter kokades lösningen och späddes sedan ut med destillerat vatten till 50,0 ml. Lösningen filtrerades genom ett 0,45 µm filter till ett plastkärl, som tvättats med 10% salpetersyra. Analysen genomfördes med ett ICP-OES instrument, varvid provet sprutades in i ett argonplasma med temperaturen 8000 ̊ C. Den emitterade strålning mättes [6].

(15)

14 3.7 Sedimenten i Storsjön och Lillsjön

Under fältarbetet togs två sedimentprov, det ena från Storsjön och det andra från Lillsjön.

Bottenslammet och bottenvattnet kunde separeras genom sedimentering, se figur 2.

Figur 2: Separation av bottenvatten och sediment.

3.8 Uppskattning av fel

Felet i koncentrationerna av klorid och alkalinitet uppskattades till en droppe ca (0,05 ml) vid tillsatsen från byretten. Felen i flödesmätningarna uppskattades genom att upprepa mätningarna flera gånger och bestämma spridningen av värdena. Felen i analyserna av fosfor koncentrationerna uppskattades ur spridningen av de erhållna värdena. För mätningarna användes fyra frekvenser. Felet i CODMn antas vara ± 1 droppe av tillsatsen permanganat. Sju droppar var den minsta åtgången och det största felet (för referensprovet) och felet blir då 1/7 eller 14%. Felet i temperaturen uppskattades till ±0,5 grader och felet i ledningsförmågan är 10

% och felet i pH är ±0,2 enheter. [6]

(16)

15 3.9 Djupprofiler

3.9.1 Djupprofiler för Storsjön

Figur 3 och 4 visar djupprofilerna för Storsjön. Ingen skiktning av vattnet kunde observeras.

Vattnet är väl omblandat. Sjön är två meter djup. Vattentemperaturen sjunker från ytan ner till botten. Ledningsförmågan densamma inom felgränserna vid ytan och vid botten.

Ledningsförmågan påverkas inte märkbart av vägsaltningen, vilket kan förstås av de låga värdena. [6]

Figur 3: Djupprofil för Storsjön.

Figur 4: Djupprofil för Storsjön.

3.9.2 Djupprofiler i Lillsjön

Figur 5 och figur 6 visar Lillsjöns djupprofiler. Vattnet är skiktat i 2 delar vid -1,2 meter.

Sjön är 2,5 m djup Ledningsförmågan och temperaturen i det övre vattenskiktet är högst vid ytan och sjunker nedåt. I det undre skiktet är ledningsförmågan högst och temperaturen lägst vid botten. [6]

(17)

16 Figur 5: Djupprofil för Lillsjön.

Figur 6: Djupprofil för Lillsjön.

(18)

17

4. Resultat

Här nedan redovisas resultat från mätningarna. De uppskattade felen beskrivs i kapitel 3.7.

4.1 Resultaten från fältstudierna

Resultat från fältstudier visas i tabell 2. Fältstudierna gjordes den 18 april 2018, en molnig dag med lite regn och lufttemperaturen 10 °C. Mätningarna gjordes på 9 olika platser. Den 20 maj togs bottenprover i sjöarna ( se 3.7) och dessutom mätes djupprofiler ( se 3.9).

Tabell 2: Mättningar av flöden.

prov Plats pH Vattnets

temp [^OC]

Lednings förmåga [mS/m]

Flöde [l/s]

1 Storsjön 6,6±0,2 6,8±0,5 30±4 Obetydligt

2 Bäck vid Veda 6,8±0,2 8,5±0,5 16±2 Obetydligt

3 Kullback-a

Bäck

6,7±0,2 3,9±0,5 16±2 33±7

4 Bäck

Vasavägen

7,3±0,2 7,2±0,5 62±7 1,6±0,2

5 Bäck mot

Lillsjön

7,3±0,2 6,1±0,5 59±6 11±4

6 Å mot Lillsjön

(utlopp Storsjön)

6,6±0,2 6,9±0,5 25±3 205±16

7 Bäck mot

Storsjön

6,7±0,2 5,2±0,5 30±3 96±11

8 Lillsjön 6,6±0,2 7,7±0,5 25±3 Obetydligt

9 Utlopp från

Lillsjön

7,7±0,2 6,6±0,5 25±3 306±25

Tabell 2: Mättningar av pH, temperatur, ledningsförmåga och flöden.

(19)

18 4.2 Resultat från mätningarna på ett laboratorium på kemiska institutionen, KTH.

I tabell 3 redovisas alkalinitet, COD, klorinitet och Ptot. Feluppskattningarna redovisas i kapitel 3.7. För detaljer se bilagorna 2, 3 och 4.

Tabell 3: Mättningar på laboratoriet på Kemiska institution, KTH.

Prov Plats Alkalinitet [mM]

COD [mg/O2]

Klorinitet [mM]

Ptot [μg/l]

1 Storsjön 1,46±0,1 >14 1,10±0,3 138±2

2 Bäck vid

Veda

1,35±0,1 >14 1,50±0,3 272±15

3 Kullbacka

Bäck

0,68±0,1 >14 1,50±0,3 72±19

4 Bäck

vasavägen

4,20±0,1 11,1±1,6 1,70±0,3 53±5

5 Bäck mot

Lillsjön

3,13±0,1 13,7±1,9 1,30±0,3 94±6

6 Å mot

Lillsjön (utlopp Storsjön)

1,20±0,1 13,0±1,8 1,00±0,3 67±11

7 Bäck mot

Storsjön

1,69±0,1 13,0±1,8 0,55±0,3 84±6

8 Lillsjön 1,28±0,1 >14 1,20±0,3 90±11

9 Utlopp

från Lillsjön

1,35±0,1 9,3±1,3 0,75±0,3 60±16

(20)

19 4.3 Resultat från okulär besiktning av proverna

I tabell 4 redovisas lukt, färg, fällning och kolloider. För mer detaljer se bilaga 1 bild nr 10.

Tabell 4: Resultat från okulär besiktning av proverna.

Prov nr

Lukt Färg Fällning *Kolloider

1 Starkt

lukt

Starkt grå

Lite fällning

Mycket

2 Ingen

lukt

Svagt grå

Lite fällning

Obetydligt

3 Ingen

lukt

Starkt brun

Lite fällning

Mycket

4 Ingen

lukt

Färglös Ingen fällning

Ganska lite

5 Ingen

lukt

Svagt brun

Lite fällning

Mycket

6 Ingen

lukt

Färglös Lite fällning

Mycket

7 Ingen

lukt

Mycket

8 Ingen

lukt

Ganska lite

9 Ingen

lukt

Mycket

*Mängden kolloider uppskattades genom tyndalseffekten med hjälp av en ficklampa.

(21)

20 4.4 Transport och lagring av fosfor och alkalinitet.

4.4.1 Transport av fosfor och alkalinitet

I tabell 5 redovisas mängden fosfor och alkalinitet, som transporteras in i och ut från Lillsjön och Storsjön. För mer detaljer om beräkningarna se bilaga 5.

Tabell 5: Transport av fosfor och alkalinitet.

Prov Plats Ptot

[µg/l]

Vattenflödet[l/s] Flödet av fosfor [kg/år]

Flödet av Alklinitet [kg/år]

1 Storsjön 138±2 0 0 0

2 Bäck vid

Veda

272±15 0 0 0

3 Kullbacka

Bäck

72±19 33±7 75±35 59,4±19

4 Bäck

Vasavägen

53±5 1,6±0,2 2,7±0,5 17,8±2,7

5 Bäck mot

Lillsjön

94±6 11±4 33±14 91±35

6 Å mot

Lillsjön (Utlopp Storsjön)

67±11 205±16 433±100 651±79

7 Bäck mot

Storsjön

84±6 96±11 254±48 429±65

8 Lillsjön 90±11 0 0 0

9 Utlopp

från Lillsjö

60±16 306±25 578±201 1093±132

(22)

21 4.5 Lagring av fosfor i Storsjön och Lillsjön

4.5.1 Lagrad fosfor i Storsjön

Tabell 6 visar mängden lagrad fosfor i storsjön. Mängden fosfor beräknades genom att multiplicera sedimentens volym med koncentrationen av fosfor [µgP/l] i vattnet.

Tabell 6: Lagrad fosfor i Storsjöns sediment och vatten.

Lagrad mängd fosfor i Storsjön Mängden i kg

Sediment 1320± 97 kg

Vatten 132± 17 kg

4.5.2 Lagrad fosfor i Lillsjön

Tabell 7 visar lagrad mängd fosfor i Lillsjön. En större del av fosforn lagras i sjöns sediment och en mindre del lagras i sjöns vatten. Mängden fosfor beräknades genom att multiplicera sedimentets tjocklek med sjöns yta och med sedimentets koncentration av fosfor [µgP/l].

Tabell 7: Lagrad fosfor i Lillsjön när det gäller sediment, ytvatten och bottenvatten.

Lagrad mängd fosfor i Lillsjön Mängden i kg

Sediment 281±32 kg

Ytvatten (ovanför 1,2 m djup) 5±1 kg

Bottenvatten (under 1,2 m djup) 11± 1 kg

(23)

22 4.6 Flöden av fosfor till och från Storsjön och Lillsjön

I figur 7 visas flödena av fosfor in och ut Storsjön och Lillsjön i (kg/år). För mer detaljer se bilaga 5.

Figur 7: Provplatserna nr 3,4,6 och 7 visar inlopp i (kg/år) och utlopp i (kg/år) för Storsjön medan provplatserna nr 3och 9 visar inlopp och utlopp i (kg/år) för Lillsjön.

(24)

23 4.7 Omsättning av alkalinitet i Storsjön och Lillsjön

4.7.1 Transport av alkalinitet till och från Storsjön

Tabell 8 visar transport av alkalinitet till Storsjön räknat som massan av NaHCO3. För mer detaljer se bilaga 5.

Tabell 8: Transport av alkalinitet till och från Storsjön. Plustecken betecknar transport till och minustecken transport från sjön.

Transport av alkalinitet till Storsjön Mängden i kg/år

Kullbacka +59±19 kg/år

Bäck vid Vasavägen +18±3 kg/år

Bäck till Storsjön på Lindholms gård +429±65 kg/år Å mot Lillsjön (Utlopp Storsjön (6) -651±79 kg/år

4.7.2 Transport av alkalinitet till och från Lillsjön.

Tabell 9 visar transport av alkalinitet till och från Lillsjön räknat som massan av NaHCO3.

För mer detaljer se bilaga 5.

Tabell 9: Transport av alkalinitet till och från Lillsjön Plustecken betecknar transport till och minustecken betecknar transport från sjön.

Transport av alkalinitet till Lillsjön Mängden i kg/år

Bäck mot Lillsjön i Lindholmen +91±35 kg/år

Å mellan Storsjön och Lillsjön 651±79 kg/år

Utlopp från Lillsjön -1093±132 kg/år

(25)

24 4.8 Omsättning av fosfor i Storsjön och Lillsjön

4.8.1 Transport av fosfor till och från Storsjön

Tabell 10 visar transport av fosforn till Storsjön. För mer detaljer se bilaga 5.

Tabell 10: Transport av fosfor till Storsjön. Plustecken betecknar transport till och minustecken transport från sjön.

Transport av fosfor till Storsjön Transporten kg/år

Bäck vid Kullbacka (3) +75 ± 35 kg/år

Bäck vid Vasavägen (4) +3±1 kg/år

Bäck till Storsjön på Lindholms gård (7) +254±48 kg/år

Utlopp från Storsjön (6) -433 ± 100 kg/år

4.8.2 Transport av fosforn till och från Lillsjön.

Tabell 11 visar transport av fosfor till och från Lillsjön. För mer detaljer (se bilaga 5)

Tabell 11: Transport av fosfor till Lillsjön. Plustecken betecknar transport till och minustecken transport från sjön.

Transport av fosfor till Lillsjön Transporten kg/år Bäck mot Lillsjön i Lindholmen (5) +33±14 kg/år Å mellan Storsjön och Lillsjön (6) +433±100 kg/år

Utlopp från Lillsjön (9) -578±201 kg/år

(26)

25

5. Diskussion

Runt Storsjön och Lillsjön ligger jordbruksområden med lerslätter där pH vanligen är ca 7,5 och alkalinteten ligger mellan 1mM och 2mM (jämför tabellerna 4.1 och 4.2). Sjöarna ligger i ett stort våtmarksområde och har pH ca 6,6 (se tabell 4.1), vilket är typiskt för en skogssjö med mycket organiskt material. CODMn stämmer med detta (se tabell 4.2), dvs mätvärdena är höga.

I tabellerna 8 och 9 har omsättningen av alkalinitet beräknats som massan av NaHCO3. Alkaliniteten kommer in i Storsjön från jordbruksområdet söder och öster om sjön och transporteras till Lillsjön. Därifrån transporteras alkaliniteten vidare till Stolp- Ekebysjön och till östersjön via Åkers kanal.

Värdena för ledningsförmågan är låga utom i två bäckar (4 och 5) vilka troligen är förorenade.

Dessa bäckar påverkas antagligen av vägsaltningen på vintern. Vägsaltningen påverkar dock inte sjöarnas vattnen. De har låga värden på ledningsförmågan.

Sjöarna är övergödda, vilket syns på de höga fosforvärdena. Tabellerna 6 och 7 visar att stora mängder fosfor finns lagrade i sjöarna. Figur 7 visar transporten av fosfor. En stor mängd fosfor transporteras genom sjöarna (jämför också tabellerna 19 och 11). Källorna är framför allt jordbruket söder och öster om sjöarna och hästgården i Veda. Det finns även lokala källor, vilket indikeras av de höga värdena i proven 2, 5 och 7 (jämför tabell 5). En del av fosfortransporen transporten sker genom ett diffust flöde.

För att minska mängden fosfor, som transporteras till i sjöarna, bör sedimenteringsbassängar installeras i tillrinnande vattendrag. Dessutom bör det diffusa flödet av näringsämnen minskas genom att man anlägger strandzoner runt sjöarna.

I det här examensarbetet fanns en del svårigheter att hitta lämpliga provplatser för att mäta inflöden och utflöden för både Storsjön och Lillsjön. Ingen har tidigare undersökt sjöarnas miljötillstånd. Därför finns inga tidigare data att jämföra med.

(27)

26

6. Slutsatser

Storsjön och Lillsjön är två små sjöar nära Lindholmens stationssamhälle vid Roslagsbanan.

Alkaliniteten, dvs halten av vätekarbonat, passerar från jordbruket genom sjöarna, vidare till Stolp-Ekebysjön och sedan Östersjön via Åkers kanal. Storsjön och Lillsjön ligger i ett våtmarksområde. De påverkas av ett överskott av näring. Källan är huvudsakligen jordbruket, söder om och öster om sjöarna. För att kunna minska mängden fosfor, som tillförs sjöarna, bör sedimenteringsdammar anläggas i tillrinnande bäckar. Dessutom bör strandzoner runt sjöarna konstrueras för att fånga upp det diffusa flödet av näring.

(28)

27

7. Referenser

[1] Vallentuna Kommun, värdebeskrivningar samt källförteckningar i Beteckning 511- 53086-2017,“Beslut om utvidgat strandskydd för Vallentuna kommun,” ,

Länsstyrelsen, Stockholm, 2018.

[2] A. Mankesjö, Miljöplanerare, Täby Kommun, Intervju på arbetplats, 2018.

[3] Vallentuna kommun ,“Vallentunasjön,”2018. [Online]. Available:

https://www.vallentuna.se/bygga-bo-och-miljo/naturvard-och-parker/sjoar-och- vattendrag/vallentunasjon/. [Accessed: 30-Sep-2018].

[4] J. Pansar, “Hur mår sjöarna & vattendragen? Undersökningar av vattenkemi i sjöar och vattendrag i Stockholmslän år 2000 ”. Länsstyrelsen i Stockholms län,

(2004:12) ISBN: 91-7281-138-2.

[5] Havs- och vattenmyndigheten, Ordbok, 2018. [Online]. Available:

https://www.havochvatten.se/funktioner/ordbok/ordbok/a---c/ordbok-a-c/2013-03- 14-alkalinitet.html. [Accessed: 30-Sep-2018].

[6] O. Wahlberg, Handledare, Tillämpad Fysikalisk Kemi, KTH, Stockholm, 2018.

(29)

28

8. Bilagor

Bilaga 1: Bilder från provtagningsplatserna 1. Storsjön

2. Bäck vid Veda

3. Bäck vid Kullbacka

(30)

29 4. Bäck vid Vasavägen

5. Bäck mot Lillsjön

6. Å mot Lillsjön ( Storsjön utlopp)

(31)

30 7. Bäck mot Storsjön

8. Lillsjön

9. Utlopp från Lillsjön

(32)

31

10. Vattenprovernas utseende.

Den här figuren visar vattenproverna. Se tabell 4 för detaljer.

Bilaga 2: Alkalinitetsberäkningar

Alkaliniteten beräknades med hjälp av formeln nedan:

Kemisk reaktion: 𝐻⁺+ 𝐻𝐶𝑂₃⁻ → 𝐻₂𝑂 + 𝐶𝑂₂

𝐶1×𝑉1=𝐶2×𝑉2. (Ekvation.1) V1= Tillsatt volym HCl [ml]

C1=Koncentration av HCl [10,42mM]

V2=Volym av provet [10,00 ml]

C2= Koncentrationen av vätekarbonat i provlösningen, vilken beräknas

Felet i koncentrationerna av klorid och i alkalinitet uppskattades till en droppe ca (0,05 ml) vid tillsatsen från byretten.

(33)

32 Prov nr 1: Det gick åt 1,40 ml HCl

𝑐2 =10,42

10 × 1,40 = (1,56 ± 0,05) 𝑚𝑀 Prov nr 2: Det gick åt 1,30 ml HCl

𝑐2 = 1,3 ×10,42

10 = (1,35 ± 0,05) 𝑚𝑀 Prov nr 3: Det gick åt 0,65 ml HCl

𝑐2 = 0,65 ×10,42

10 = (0,68 ± 0,05) 𝑚𝑀 Prov nr 4: Det gick åt 4,05ml HCl

𝑐2 = 4,05 ×10,42

𝑐2 = 3,0 ×10,42

𝑐2 = 1,15 ×10,42

𝑐2 = 1,62 ×10,42

𝑐2 = 1,23 ×10,42

𝑐2 = 1,3 ×10,42

10 = (1,35 ± 0,05) 𝑚𝑀

(34)

33 Bilaga 3: COD- analysen

Först fylldes ett provrör med prov och sedan tillsattes två droppar 4,5 M svavelsyra.

Därefter tillsattes 0,002 M kaliumpermanagnat tills lösningen blev svagt rosafärgad.

Antalet droppar räknades. Kranvatten användes som referens. För referensprovet åtgick 7 droppar. Den största osäkerheten finns i antalet droppar för referenslösningen (7 droppar).

Felet antas vara en droppe.

COD beräknades genom att använda denna formel som är följande:

𝐶𝑂𝐷_𝑀𝑛 = 𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙 𝐾𝑀𝑛𝑂₄ 𝑑𝑟𝑜𝑝𝑝𝑒𝑟 𝑡𝑖𝑙𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑣_𝑛

𝑎𝑛𝑡𝑎𝑙 𝐾𝑀𝑛𝑂₄ 𝑑𝑟𝑜𝑝𝑝𝑒𝑟 𝑡𝑖𝑙𝑙 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑠𝑝𝑟𝑜𝑣𝑒𝑡∙ 𝐶𝑂𝐷 𝑖 𝑘𝑟𝑎𝑛𝑣𝑎𝑡𝑡𝑛𝑒𝑡 n= provnummer. Referensprovet innehöll COD= 2,6 mg 𝑂2⁄ 𝑙

𝐶𝑂𝐷_𝑀𝑛(1) = 40

7 ∙ 2,6 = 14,9 ± 2,1 𝐶𝑂𝐷_𝑀𝑛(2) = 44

7 ∙ 2,6 = 16,3 ± 2,3 𝐶𝑂𝐷_𝑀𝑛(3) = 40

7 ∙ 2,6 = 14,9 ± 2,1 𝐶𝑂𝐷_𝑀𝑛(4) = 30

7 ∙ 2,6 = 11,1 ± 1,6 𝐶𝑂𝐷_𝑀𝑛(5) = 37

7 ∙ 2,6 = 13,7 ± 1,9 𝐶𝑂𝐷_𝑀𝑛(6) = 35

7 ∙ 2,6 = 13,0 ± 1,8 𝐶𝑂𝐷_𝑀𝑛(7) = 35

7 ∙ 2,6 = 13,0 ± 1,8 𝐶𝑂𝐷_𝑀𝑛(8) = 40

7 ∙ 2,6 = 14,9 ± 2,1 𝐶𝑂𝐷_𝑀𝑛(9) = 25

7 ∙ 2,6 = 9,3 ± 1,3

(35)

34 Bilaga 4: Klorinitetsberäkningar

Kemiska reaktioner:

𝐴𝑔⁺+ 𝐶𝑙⁻ → 𝐴𝑔𝐶𝑙 (𝑠) 2𝐴𝑔⁺+ 𝐶𝑟𝑂₄²⁻→ 𝐴𝑔₂𝐶𝑟𝑂₄(𝑠) Kloriniteten beräknades med hjälp av formeln:

𝐶1×𝑉1=𝐶2×𝑉2. (Ekvation.2) V1= Volym av AgNO3 [ml]

C1=Koncentration av AgNO3 [100,0mM]

V2=Volymen av provet [20,0ml]

C2=Koncentrationen av kloridjonen i provlösningen [mM], vilken fås genom beräkningarna.

Felet i koncentrationerna av klorid uppskattades till en droppe ca (0,05 ml) vid tillsatsen från byretten.

Prov nr 1: Det gick åt 0,22 ml AgNO₃ 𝐶₂ = 100

20 × 0,22 = (1,10 ± 0,25)𝑚𝑀 [𝐶𝑙⁻] Prov nr 2: Det gick åt 0,30 ml AgNO₃

𝐶₂ = 100

𝐶₂ =100

20 × 0,26 = (1,30 ± 0,25) 𝑚𝑀 [𝐶𝑙⁻]

(36)

35 Prov nr 6: Det gick åt 0,20 ml AgNO₃

𝐶₂ = 100

𝐶₂ =¹⁰⁰₂₀ × 0,11 = (0,55 ± 0,25) 𝑚𝑀 [𝐶𝑙⁻] Prov nr 8: Det gick åt 0,24 ml AgNO₃

𝐶₂ = 100

20 × 0,24 = (1,20 ± 0,25) 𝑚𝑀 [𝐶𝑙⁻] Prov nr 9: Det gick åt 0,15 ml AgNO₃

𝐶₂ = 100

20 × 0,15 = (0,75 𝑚𝑀 [𝐶𝑙⁻] ± 0,25) 𝑚𝑀 [𝐶𝑙⁻]

Bilaga 5: Transport av fosfor och transport av alkalinitet.

Transporten av fosfor eller flödet av fosfor i [kg/år] beräknades genom följande ekvation:

𝑉𝑎𝑡𝑡𝑒𝑛𝑓𝑙ö𝑑𝑒 × 𝑘𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 × 31,5 1000

Mängdflöde: F = C ×Q [^µ𝑔_𝑙 ] × [_𝑠^𝑙] = [^µ𝑔_𝑠]

Koncentration: C= ^𝑚_𝑣 [^𝑔_𝑙] Volymflöde: Q= ^𝑉_𝑇 [^𝐿_𝑆]

Omvandlingsfaktor från [µg/s] →[kg/år] fås genom följandet:

1 [µg/s] = 1 × [3,2511444028×10¹⁰⁻⁹ ⁻⁸] [^𝑘𝑔_å𝑟] = 0,031536 [^𝑘𝑔_å𝑟]

Transport av alkalinitet eller flödet av alkalinitet i [kg/år] beräknades genom följande ekvation:

𝑉𝑎𝑡𝑡𝑒𝑛𝑓𝑙ö𝑑𝑒

× 𝐴𝑙𝑘𝑎𝑙𝑖𝑛𝑖𝑡𝑒𝑡 𝑚𝑀 × 𝑀𝑜𝑙𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂3 × 31,5 1000

(37)

36